Zytokine und Chemotherapie

Transkript

1 Allgemeine Virologie SS 2018 Zytokine und Chemotherapie Mi PD Dr. Stefan Finke Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems stefan.finke@fli.de

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5 Zytokine Proteine die der zellulären Kommunikation dienen von Zellen produziert binden an Rezeptoren wirken teils als Wachstumsfaktoren Antwort auf Reiz (auch mikrobiellen Reiz) regulierbar Zytokine im Blut sind eines der ersten Anzeichen einer Infektion

6 Zytokine - Infektionen pro-inflammatorische Zytokine (z.b.: IL-1, TNF, IL-6, IL-12) aktivieren Leukozyten anti-inflammatorische Zytokine (z.b: IL-10, IL-4, Tgf-ß) inhibieren Aktivität von pro-inflammatorischen Zytokinen Chemokine (z.b: IL-8) Rekrutieren Immunzellen während der frühen Phase der Infektion

7 Zytokine partizipieren in jeder Phase der Wirtsantwort auf eine virale Infektion Induktion eines antiviralen Status Kontrolle der Inflammation Regulation der adaptiven Immunantwort Regulation der Kommunikation zwischen angeborener und adaptiver Immunität

8 Muster einer typischen Zytokinreaktion auf eine Virusinfektion 1. Produktion von Zytokinen durch infizierte Zelle 2. Bindung der Zytokine an Rezeptoren auf sentinal Dendritische Zellen, Makrophagen und benachbarten nicht infizierten Zellen 3. Massive Zytokinsynthese durch Dendritische Zellen, Makrophagen und benachbarten nicht infizierten Zellen Amplifizierung der initialen response Zytokine, die in hohen Konzentrationen auftreten: erst: IFN-a und IFN-ß (Typ-I Interferone) dann: Tumornekrosefaktor a (Tnf-a), Interleukine 6 und 12 (IL-6, -12) und IFN-g (Typ-II Interferon)

9 Erkennung von Viralen Strukturen - Two couples processes: detection an alarm - PAMPs (pathogen-associated molecular patterns)

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12 Typ I Interferone: Induktion und IFN-stimulierte Genexpression aus Haller et al., Virology 2006 PKR: dsrna-abhängige Proteinkinase; TRAF: TNF-Rezeptor assoziierter Faktor; IKKa/ß: Kinase; NF-kB: Transkriptionsfaktor RIG-I/MDA-5: intrazelluläre RNA-Helicasen; IPS: IFN-ß-Promotor Stimulator 1; MAVS: Mitochondrial antiviral signaling; TBK-1/ IKKe: IRF-3 phosphorylierende Kinasen; IRF-3: IFN-regulatorischer Faktor (Transkritpionsfaktor) JAK: Janus-Kinase; TYK: Tyrosin-Kinase; STAT: signal transducer and activator of transcription ISGF: IFN-stimulierter Genfaktor; ISRE: IFN-stimulated response element

13 Jak: Janus Kinase Tyk: Tyrosine Kinase STAT: signal transducer and activator of transcription IRF9: Interferon Response Factor 9 GAS: Gamma Activated Sites ISRE: Interferon Stimulated Response- Elements

14 Erkennung von pathogenspezifischen Strukturen (z.b. ssrna, dsrna, CpG-reiche DNA) z.b.: intrazelluläre Rezeptoren für dsrna: RIG-I; PKR oder Oberflächenrezeptoren: Toll like Rezeptoren Induktion der IFN b Gentranskription Sekretion von IFN b Bindung an IFN a Rezeptor auf der Zelloberfläche (Bindung von IFN a und IFN b) Signaltransduktionskaskade Transkription von ISGs (Interferon Stimulierte Gene)

15 Interferon induzierte Effekte erfolgen meist durch die Inhibition zellulärer Aktiviäten

16 Interferon induzierte Effekte erfolgen meist durch die Inhibition zellulärer Aktiviäten

17 Viren interferieren mit fast allen Schritten aus Haller et al., Virology 2006

18 Zytokine als Sofortreaktion auf Virusinfektion Erkennung von Fremdstrukturen (PAMPs) TLR: 3, 7, 8 und 9: Erkennung von viralen Nukleinsäuren Endogene dsrna-rezeptoren Typ I Interferon Induktion Kontrolle der Interferon-Antwort Virale Antagonisten der Interferonantwort

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20 Antivirale Chemotherapie

21 Action of antivirals: enzyme inhibition, fusion inhibition, blocking of shedding, neutralization by monoclonal antibodies

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23 Novel Hepatitis C (HCV) Antivirals from Scheel and Rice, 2013, Nature Medicine

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26 HCV Viele antivirale Substanzen sind Nukleosidanaloga HSV, VZV CMV HIV HBV HSV: Herpes Simples Virus VZV: Varizella Zoster Virus HBV: Hepatitis B Virus HCV: Hepatitis C Virus HIV: Humanes Immundefizienzvirus

27 HCV Viele antivirale Substanzen sind Nukleosidanaloga HSV, VZV CMV HIV HBV HSV: Herpes Simples Virus VZV: Varizella Zoster Virus HBV: Hepatitis B Virus HCV: Hepatitis C Virus HIV: Humanes Immundefizienzvirus

28 Pro-Drug-Prinzip Beispiel ACV: 1. Monophosporylierung eines Nukleosidanalogons Phosphorylierung durch virales Enzym (virale Thymidinkinase; TK) 2. Weitere Phosphorylierungen zum Triphosphat durch zelluläre Kinasen

29 Prinzip der Hemmung der Herpesvirus Vermehrung 1. Prodrug Prozessierung durch virale Proteine 2. höhere Spezifität für virale DNA-Polymerasen

30 HIV Pro-Drugs ohne virale Prozessierung HSV HSV Variola Vaccinia HIV HBV

31 Foscarnet trisodium phosphonoformate Nichtkompetitiver Inhibitor der viralen Polymerase (Blockierung der Pyrophosphatebindestelle) Halbwertszeit h, 90% wird mit Urin ausgeschieden Antivirale Aktiviät gegen EBV, CMV, HSV, VZV, HIV Nebeneffekte: Nierenschäden, Anämie, Krämpfe

32 Ribavirin Guanosine / Inosin-Analogon inhibiert zelluläre IMP dehydrogenase Reduktion der GTP-Level inhibiert Translation viraler mrnas durch Interferenz mit 5 -Capping inhibiert virale RNA-abhängige -RNA- Polymerasen aktiv gegenüber RNA Viren: RSV in Kindern, mit peg-ifn bei HCV, Hantavirus, Lassa fever virus Nebenwirkungen: Bronchospasmen, Konjunktivitis, hämolytische Anämie, Ausschlag, Übelkeit IMP: Inosinmonophosphat

33 Hypothetische Wirkungen von Ribavirin

34 HIV-Therapie Kombinationstherapie: Nukleosidische RT Inhibitoren Nichtnukleosidische RT-Inhibitoren Protease Inhibitoren Die Kombination von Substanzen gegen unterschiedliche virale Funktionen / Targets verringert die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Mutationen (da mehrere Mutationen gleichzeitig notwendig sind) HAART: Highly Active Antiretroviral Therapy Bei Auftreten von Resistenzen: Therapieumstellung (Austausch einzelner oder mehrer Substanzen)

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36 Gary et al., HIV infection: epidemiology, pathogenesis, treatment, and prevention The Lancet,

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38 Azidothymidin (AZT) Phosphorylierung zum Triphosphat durch zelluläre Kinasen

39 Proteaseinhibitoren Virusreifung wird blockiert Es entstehen nicht infektiöse Virionen!

40 Novel Hepatitis C (HCV) Antivirals from Scheel and Rice, 2013, Nature Medicine

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42 from Scheel and Rice, 2013, Nature Medicine Novel Hepatitis C (HCV) Antivirals

43 Influenzavirus Replikation Neuraminidase Inhibitoren Amantadin ( Uncoating)

44 Oseltamivir - Tamiflu Sialinsäure-Analog, blockiert Neuraminidase von Influenza A und B Virusfreisetzung wird blockiert! funktioniert nur innerhalb der ersten 48 hrs nach Virusaufnahme

45 Amantadin / Rimantadin = methyl-amantadin Inhibition der Ionenkanalaktiviät des M2 Proteins von Influenza A Virus keine Ansäuerung des Viruskapsids Uncoating wird blockiert aktuell zirkulierende Viren sind Amantadin-Resistent

46 Hepatitis B Inhibition der HBV-Replikation

47 Möglichkeiten der antiviralen Therapie begrenzt, aber ansteigend Nukelosidanaloga Kettenabbruch Prodrug-Prinzip (ACV, GCV in der Herpesvirus-Therapie) HIV-Therapie: HAART, Inhibition diverser Schritte im retroviralen Zyklus (Wirkmechanismen)